CN101902119B - 制动功率装置和制动斩波器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种制动功率装置和制动斩波器，装置包括第一制动电路、第二制动电路以及与第一制动电路和第二制动电路相连的一个散热结构，其中：第一直流正电位输入端子与第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、第一突波吸收电容和第二突波吸收电容分别电连接，第一直流正电位输出端子与第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，第二直流正电位输入端子与第二绝缘栅双极型晶体管的集电极、第三突波吸收电容和第四突波吸收电容分别电连接，第二直流正电位输出端子与第二绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；第一公共直流负电位输入和输出端子与第二公共直流负电位输入和输出端子相连。本发明还提供了一种制动斩波器。本发明大大减少了制动功率装置的体积。

Description

制动功率装置和制动斩波器

技术领域

本发明涉及电气技术领域，尤其涉及一种制动功率装置和制动斩波器。

背景技术

随着地铁车辆设计的不断更新，作为地铁车辆设计中的一个主要部分，对牵引变流器的要求也越来越高。在特定情况下，地铁车辆中的一个柜体中可能需要安装两套牵引变流器，则相应地需要两套制动斩波器来为两套牵引变流器提供配套的制动处理，即需要两套制动功率模块。由于制动功率模块的制动功率比较大，而设计空间较小，则较高的散热性能和良好的电气性能成为工程师在电路设计时亟待实现的目标。

为了实现上述目的，现有技术中的制动功率装置通常将两套制动电路分别设计在两个散热器上，形成各自独立的两套制动功率装置，其接线采用铜条或电缆，散热器选用铝型材散热器。

然而，现有技术中的制动功率装置所占用的柜体空间非常大，几乎占用一套制动功率模块的两倍空间，在当前变流器面临外形尺寸越来越小的设计约束下，其无法满足体积小重量轻的设计要求。且现有技术中的这种设计结构出线点较多，接线比较凌乱，不利于装配。

发明内容

本发明提供一种制动功率装置和制动斩波器，实现将两套制动功率电路设计在一个散热器上，减少装置的体积和重量，同时减少出线点，为接线提供方便。

本发明提供一种制动功率装置，包括第一制动电路、第二制动电路以及与所述第一制动电路和所述第二制动电路相连的一个散热结构，其中：

所述第一制动电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第一突波吸收电容、第二突波吸收电容、第一直流正电位输入端子、第一直流正电位输出端子、第一公共直流负电位输入和输出端子，所述第二制动电路包括第二绝缘栅双极型晶体管、第三突波吸收电容、第四突波吸收电容、第二直流正电位输入端子、第二直流正电位输出端子、第二公共直流负电位输入和输出端子；

所述第一直流正电位输入端子与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第一突波吸收电容和所述第二突波吸收电容分别电连接，所述第一直流正电位输出端子与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第二直流正电位输入端子与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第三突波吸收电容和所述第四突波吸收电容分别电连接，所述第二直流正电位输出端子与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

所述公共直流负电位输入和输出端子与所述第二公共直流负电位输入和输出端子相连。

本发明还提供一种制动斩波器，包括上述制动功率装置。

本发明提供的制动功率装置和制动斩波器，通过优化的电路原理将两套制动电路设计在一个散热器上，成为一套制动功率模块，大大减少了制动功率装置的体积，同时可以达到减重的目的，也降低了产品成本。而且，本实施例将两套制动电路的公共直流负电位输入和输出端子连接在一起，即两套制动电路共用C点，从而将出线点由6个减少为5个，大大提高了接线的方便性，并为装配节省了空间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的制动功率装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的制动功率装置的电路原理示意图；

图3为本发明实施例提供的制动功率装置的一侧视图；

图4为本发明实施例提供的制动功率装置的另一侧视图；

图5为本发明实施例提供的制动功率装置的正视图；

图6为本发明实施例提供的制动功率装置中第一接线铜排的结构视图，其中，图6(a)为右视图，图6(b)为正视图，图6(c)为左视图，图6(d)为俯视图；

图7为本发明实施例提供的制动功率装置中第三接线铜排的结构视图，其中，图7(a)为正视图，图7(b)为右视图，图7(c)为俯视图；

图8为本发明实施例提供的制动功率装置中第四接线铜排的结构视图，其中，图8(a)为右视图，图8(b)为正视图，图8(c)为左视图，图8(d)为俯视图；

图9为本发明实施例提供的制动功率装置中第五接线铜排的结构视图，其中，图9(a)为右视图，图9(b)为正视图，图9(c)为左视图，图9(d)为俯视图；

图10为本发明实施例提供的制动功率装置中第一绝缘板的结构示意图；

图11为本发明实施例提供的制动功率装置中第二绝缘板的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的制动功率装置中第三绝缘板的结构示意图；

图13为本发明实施例提供的制动功率装置中钢板组件的结构视图，其中图13(a)为正视图，图13(b)为左视图，图13(c)为俯视图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的制动功率装置的立体结构示意图，如图1所示，本实施例提供了一种制动功率装置，可以包括第一制动电路、第二制动电路与所述第一制动电路和所述第二制动电路相连的一个散热结构，散热结构用于同时对第一制动电路和第二制动电路进行散热。其中，第一制动电路可以包括第一绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor；以下简称：IGBT)1、第一突波吸收电容2、第二突波吸收电容3、第一直流正电位输入端子、第一直流正电位输出端子、第一公共直流负电位输入和输出端子，第二制动电路可以包括第二绝缘栅双极型晶体管4、第三突波吸收电容5、第四突波吸收电容6、第二直流正电位输入端子、第二直流正电位输出端子、第二公共直流负电位输入和输出端子。图2所示为本发明实施例提供的制动功率装置的电路原理示意图，如图2所示，其中，IGBT1和IGBT2分别表示第一绝缘栅双极型晶体管1和第二绝缘栅双极型晶体管4，C1、C2、C3和C4分别表示第一突波吸收电容2、第二突波吸收电容3、第三突波吸收电容5和第四突波吸收电容6。其中，IGBT1和IGBT2分别与一个二极管并联后再与另一个二极管进行串联，由IGBT1、C1、C2及其接线组成第一制动电路，而由IGBT2、C3、C4及其接线组成第二制动电路。在本实施例中，第一直流正电位输入端子A与IGBT1的集电极、C1和C2分别电连接，第一直流正电位输出端子B与IGBT1的发射极电连接。第二直流正电位输入端子D与IGBT2的集电极、C3和C4分别电连接，第二直流正电位输出端子E与IGBT2的发射极电连接。第一公共直流负电位输入和输出端子与第二公共直流负电位输入和输出端子相连，即本实施例中的第一制动电路与第二制动电路共用一个公共直流负电位输入和输出端子C，并与第一制动电路中二极管的正极、C1、C2、C3和C4分别电连接。

在本实施例中，通过优化的电路原理将两套制动电路设计在一个散热器上，成为一套制动功率模块，大大减少了制动功率装置的体积，同时可以达到减重的目的，也降低了产品成本。而且，本实施例将两套制动电路的公共直流负电位输入和输出端子连接在一起，即两套制动电路共用C点，从而将出线点由6个减少为5个，大大提高了接线的方便性，并为装配节省了空间。

如图3、图4和图5分别为本发明实施例提供的制动功率装置的正视图和两个侧面的侧视图，再结合上述图1，本实施例中的散热结构可以具体包括散热器7、护架组件8、安装板组成9和温度继电器10。其中，护架组件8和安装板组成9用于对散热器7进行安装和固定，护架组件8具体用于为散热器7提供安装和保护框架，将散热器7固定在护架组件8内，安装板组成9安装在散热器7和护架组件8上，用于将整个制动功率装置安装在变流器柜体上。其中，第一制动电路和第二制动电路安装在散热器7上，以实现散热器7同时对两套制动电路进行散热。温度继电器10设置在散热器7上，用于检测所述散热器7的温度，散热器7的温度可以体现出IGBT1和IGBT2的温度，从而判断出IGBT1和IGBT2是否工作在正常温度范围内，当温度继电器10检测到的温度超出预设的温度阈值时，将过温报警信号传送至控制单元，由控制单元进行控制执行相应的保护动作，避免事故的发生。具体地，本实施例中的散热器7可以具体采用热管散热器，其用于通过走行风冷的形式对第一制动电路中的IGBT1和第二制动电路中的IGBT2进行散热处理。本实施例采用热管散热器，并通过走行风冷的形式对制动电路进行散热处理，无需采用水冷散热，解决了牵引变流器的功率较大的情况下的散热问题，同时克服了现有技术中铝型材散热器不能解决大功率变流器散热和水冷散热设计困难所带来的缺陷，同时可以免去风机器件，大大降低了变流器的故障率。

进一步地，本实施例提供的制动功率装置还可以包括安装组件，该安装组件用于将第一制动电路和所述第二制动电路固定在散热器上。继续参照上述图1、图3-图5，本实施例中的安装组件可以包括钢板组件11、复合母排、绝缘子13和第一绝缘板14。其中，钢板组件11设置在散热器基板与复合母排之间上，用于对复合母排进行支撑，以增强复合母排的结构的坚固性。复合母排可以包括依次粘接灌封在一起的第一接线铜排121、第二接线铜排122、第二绝缘板123、第三接线铜排124、第三绝缘板125、第四接线铜排126和第五接线铜排127；第一接线铜排121、第二接线铜排122、第三接线铜排124、第四接线铜排126和第五接线铜排127与散热器的基板平面相互平行设置，第二绝缘板123和第三绝缘板125与散热器的基板平面相互垂直设置。具体地，本实施例中的第一直流正电位输入端子A电连接在第四接线铜排126上，第一直流正电位输出端子B电连接在第一接线铜排121上，第二直流正电位输入端子D电连接在第五接线铜排127上，第二直流正电位输出端子E电连接在所述第二接线铜排122上，第一公共直流负电位输入和输出端子C电连接在所述第三接线铜排124上。绝缘子13设置在复合母排与钢板组件11之间，用于对复合母排进行支撑。第一绝缘板14设置在复合母排之上，用于对复合母排进行支撑。本实施例通过采用复合母排的方案解决了现有技术中制动功率装置电气性能不佳的问题，降低了装置中的杂散电感，有效抑制了IGBT关断过电压，保证了变流器在运行过程中的安全性和可靠性，同时使得装置的结构布局更加紧凑，在功率相同的情况下减小了主电路功率单元的外形尺寸，从而达到减小变流器的整体外形尺寸以及减轻重量的目的。

更进一步地，继续参照上述图1、图3-图5，本实施例提供的制动功率装置还可以包括第一驱动板15和第二驱动板16。其中，第一驱动板15设置在第一制动电路上，用于对第一制动电路中的IGBT1进行驱动，第二驱动板16设置在第二制动电路上，用于对第二制动电路中的IGBT2进行驱动。

在本实施例中，参照上述图2，本实施例提供的制动功率装置除了可以应用在两套牵引变流器中外，还可以应用在单套牵引变流器中，将图中的第一直流正电位输入端子A与第二直流正电位输入端子D两点接在一起，即使得制动功率装置中的两个制动电路相互并联，当将包括两个并联制动电路的制动功率模块应用在单套牵引变流器中时，可以使得制动能力提高一倍，进而实现了采用小功率的IGBT来代替大功率IGBT的效果，从而达到将产品成本降低的目的。

如图6所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第一接线铜排的结构视图，其中，图6(a)为右视图，图6(b)为正视图，图6(c)为左视图，图6(d)为俯视图。从图中可以看出，本实施例中的第一接线铜排为近似侧“凹”形，其由铜排板筋折弯而成。其中，两个相对设置的矩形折边中一个矩形折边的宽度大于另一个矩形折边的宽度；宽度较小的矩形折边通过螺栓固定在IGBT1或IGBT2上，并作为第一直流正电位输出端子B与第一制动电路中IGBT1的发射极相连；宽度较大的矩形折边结构通过绝缘子以及螺栓与第一绝缘板固定在一起，由第一绝缘板对其进行支撑。两个相对设置的矩形折边中间的铜排板筋主体部分则与第二绝缘板相接触，通过第二绝缘板与第三接线铜排粘接灌封在一起，形成复合母排的一部分。需要指出的是，本实施例中的第二接线铜排与第一接线铜排的结构相同，如图2所示，二者并排安装在安装板组成上，构成复合母排的一部分。

如图7所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第三接线铜排的结构视图，其中，图7(a)为正视图，图7(b)为右视图，图7(c)为俯视图。从图中可以看出，本实施例中的第二接线铜排的形状也可以近似为侧“凹”形，其也可以由铜排板筋折弯而成。其中，两个相对设置的矩形折边中一个矩形折边的宽度大于另一个矩形折边的宽度；宽度较小的矩形折边通过螺栓固定在IGBT1和IGBT2上，并作为第一制动电路和第二制动电路公共直流负电位输入和输出端子C，分别与第一制动电路中二极管的正极、C1、C2相连；宽度较大的矩形折边通过螺栓与第一绝缘板固定在一起，由第一绝缘板对其进行支撑。两个相对设置的矩形折边中间的铜排板筋主体部分则与第二绝缘板相接触，通过第二绝缘板与第一接线铜排和第二接线铜排粘接灌封在一起，形成复合母排的一部分。

如图8所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第四接线铜排的结构视图，其中，图8(a)为右视图，图8(b)为正视图，图8(c)为左视图，图8(d)为俯视图。从图中可以看出，本实施例中的第四接线铜排的形状可以近似为“J”形，其也可以由铜排板筋折弯而成。其中，两个相对设置的矩形折边中一个矩形折边的宽度大于另一个矩形折边的宽度；宽度较小的矩形折边通过螺栓固定在IGBT1上，并作为第一直流正电位输入端子A，分别与第一制动电路中IGBT1的集电极、C1、C2相连；宽度较大的矩形折边通过螺栓与突波吸收电容C1、C2的一端固定在一起，突波吸收电容C1、C2的一端通过第三接线铜排与第一绝缘板固定在一起，则使得突波吸收电容C1、C2连接在电位点A与C之间。两个相对设置的矩形折边中间的铜排板筋主体部分则与第三绝缘板相接触，通过第三绝缘板与第三接线铜排粘接灌封在一起，形成复合母排的一部分。

如图9所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第五接线铜排的结构视图，其中，图9(a)为右视图，图9(b)为正视图，图9(c)为左视图，图9(d)为俯视图。从图中可以看出，第五接线铜排与第四接线铜排的形状类似，如图2所示，二者并排对称地安装在IGBT上。其中，本实施例中的第五接线铜排中两个相对设置的宽度较小的矩形折边通过螺栓固定在IGBT2上，并作为第二制动电路的直流正电位输入端子D，分别与第二制动电路中IGBT2的集电极、C3、C4相连；宽度较大的矩形折边通过螺栓与突波吸收电容C3、C4的一端固定在一起，突波吸收电容C3、C4的一端通过第三接线铜排与第一绝缘板固定在一起，则使得突波吸收电容C3、C4连接在电位点D与C之间。两个相对设置的矩形折边中间的铜排板筋主体部分则与第三绝缘板相接触，通过第三绝缘板与第三接线铜排粘接灌封在一起，形成复合母排的一部分。

如图10所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第一绝缘板的结构示意图，本实施例中的第一绝缘板为近似“凸”形，其与安装板组成相互平行设置，位于本实施例的制动功率装置的最顶部，其用于对复合母排进行整体固定，其上的螺栓用于分别与复合母排中的第三接线铜排、突波吸收电容、绝缘子进行固定。如图11所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第二绝缘板的结构示意图，本实施例中的第二绝缘板为矩形，其垂直设置在IGBT上，位于第一接线铜排和第二接线铜排与第三接线铜排之间，用于将第一接线铜排和第二接线铜排与第三接线铜排进行绝缘粘接，进行共同组成复合母排。如图12所示为本发明实施例提供的制动功率装置中第三绝缘板的结构示意图，本实施例中的第三绝缘板的形状与第二绝缘板类似，只是其上设置有两个小凹槽，其与第二绝缘板相互平行，也垂直设置在IGBT上，位于第四接线铜排和第五接线铜排与第三接线铜排之间，用于将第四接线铜排和第五接线铜排与第三接线铜排进行绝缘粘接，进行共同组成复合母排。

图13为本发明实施例提供的制动功率装置中钢板组件的结构视图，如图13所示，并参照上述图1，其中，图13(a)为正视图，图13(b)为左视图，图13(c)为俯视图。本实施例中的钢板组件由一个矩形底板和两个凸台组成，矩形底板通过螺栓固定在安装组成上，两个凸台分别通过两个绝缘子与第四接线铜排、第五接线铜排固定在一起，以对第四接线铜排、第五接线铜排的支撑，本实施例中的钢板组件与第一绝缘板、绝缘子相结合，共同实现对复合母排的固定和支撑。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种制动功率装置，其特征在于，包括第一制动电路、第二制动电路、安装组件以及与所述第一制动电路和所述第二制动电路相连的一个散热结构，其中：

所述第一制动电路包括第一绝缘栅双极型晶体管、第一突波吸收电容、第二突波吸收电容、第一直流正电位输入端子、第一直流正电位输出端子、第一公共直流负电位输入和输出端子，所述第二制动电路包括第二绝缘栅双极型晶体管、第三突波吸收电容、第四突波吸收电容、第二直流正电位输入端子、第二直流正电位输出端子、第二公共直流负电位输入和输出端子；

所述第一直流正电位输入端子与所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第一突波吸收电容和所述第二突波吸收电容分别电连接，所述第一直流正电位输出端子与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接，所述第二直流正电位输入端子与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极、所述第三突波吸收电容和所述第四突波吸收电容分别电连接，所述第二直流正电位输出端子与所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极电连接；

所述第一公共直流负电位输入和输出端子与所述第二公共直流负电位输入和输出端子相连；

所述散热结构包括散热器、护架组件、安装板组成和温度继电器，其中：所述护架组件用于为所述散热器提供安装和保护框架，将所述散热器固定在所述护架组件内；所述安装板组成安装在所述散热器和所述护架组件上，用于将所述制动功率装置安装在变流器柜体上；所述温度继电器设置在所述散热器上，用于检测所述散热器的温度，以反映所述第一绝缘栅双极型晶体管和第二绝缘栅双极型晶体管是否工作在正常温度范围内；

所述安装组件用于将所述第一制动电路和所述第二制动电路固定在所述散热器上。

2.根据权利要求1所述的制动功率装置，其特征在于，所述安装组件包括钢板组件、复合母排、绝缘子和第一绝缘板，其中：

所述钢板组件设置在所述散热器与所述复合母排之间，用于对所述复合母排进行支撑；

所述复合母排包括依次粘接灌封在一起的第一接线铜排、第二接线铜排、第二绝缘板、第三接线铜排、第三绝缘板、第四接线铜排和第五接线铜排，所述第一接线铜排、所述第二接线铜排、所述第三接线铜排、所述第四接线铜排和所述第五接线铜排与所述散热器的基板平面相互平行，所述第二绝缘板和所述第三绝缘板与所述散热器的基板平面相互垂直；

所述绝缘子设置在所述复合母排与所述钢板组件之间，用于对所述复合母排进行支撑；

所述第一绝缘板设置在所述复合母排之上，用于对所述复合母排进行支撑。

3.根据权利要求2所述的制动功率装置，其特征在于，所述第一直流正电位输入端子电连接在所述第四接线铜排上，所述第一直流正电位输出端子电连接在所述第一接线铜排上，所述第二直流正电位输入端子电连接在所述第五接线铜排上，所述第二直流正电位输出端子电连接在所述第二接线铜排上，所述第一公共直流负电位输入和输出端子电连接在所述第三接线铜排上。

4.根据权利要求1所述的制动功率装置，其特征在于，还包括第一驱动板和第二驱动板，所述第一驱动板设置在所述第一制动电路上，用于对所述第一制动电路中的第一绝缘栅双极型晶体管进行驱动，所述第二驱动板设置在所述第二制动电路上，用于对所述第二制动电路中的第二绝缘栅双极型晶体管进行驱动。

5.根据权利要求1所述的制动功率装置，其特征在于，所述散热器为热管散热器，用于通过走行风冷的形式对所述第一制动电路和所述第二制动电路进行散热处理。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的制动功率装置，其特征在于，所述第一直流正电位输入端子与所述第二直流正电位输入端子相连。

7.一种制动斩波器，其特征在于，包括权利要求1-6中任一项所述的制动功率装置。

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